化工原理课程设计流化床干燥器.docx

1、化工原理课程设计流化床干燥器化工原理课程设计计算说明书（2013 2014 学年第 一 学期）设计题目 卧式多室流化床干燥器 院 系 生命科学学院 专业班级 生物工程1101 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日期：2013年12月 7日一、设计任务书设计题目流化床干燥器设计24主要内容1.设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要论述；2.主要设备的工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、流化床结构设计和工艺尺寸的设计计算；3.辅助设备的选型；4.绘流程图：以单线图的形式描述，标出主体设备和辅助设备的物料方向、物流量、能流量。5.流化床的设备工艺条件图6.编写设计计算说

2、明书设计参数基础数据：（1）、被干燥颗粒：颗粒密度=1500kg/m；堆积密度=470 kg/m；干物料比热容=1.25KJ/(kg）；颗粒平均直径=0.15mm；临界含水量=0.013(kg水/kg绝干料)；平衡含水量=0。（2)、物料静床层高度=0.1m;（3)、干燥装置热损失为有效传热量的15%；（4)、干燥介质：湿空气。 其初始湿度为=0.013kg/kg绝干气；进预热器时的温度=25；离开预热器时的温度=108；（5)、物料的进口温度=30加热介质：饱和蒸汽392.4kPa；操作压强：常压；设计计划进度布置任务，学习课程设计指导书，其他准备.0.5天主要工艺设计计算.2.5天辅助设备

3、选型计算/绘制工艺流程图.1.0天绘制主要设备工艺条件图.10天编写设计计算说明书（考核）.1.0天合计：（1周）.6.0天主要参考文献1、化工原理（上、下册），姚玉英主编，天津大学出版社1999.082、化工原理课程设计，大连理工大学编，大连理工大学出版社1994.073、化学工艺设计手册（第三版）化学工也出版社20114、化工数据导引王晓安主编，化学工业出版社 1995.105、化学工程制图主编，化学工业出版社1994.056、现代化床下制酒技术指南王晶晶主编，中国石化出版社 1998.08设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字，A4幅图；2.工艺流程图为A3幅图；3.设备条件图为A

4、2幅图；备注二、干燥原理（一）干燥概述 干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发湿分（大多数情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。湿分以松散的化学结合或以液态溶液存在于固体中，或积集在固体的毛细微结构中。当湿物料作热力干燥时，以下两种过程相继发生：过程1能量（大多数是热量）从周围环境传递至物料表面使湿分蒸 发。过程2内部湿分传递到物料表面，随之由于上述过程而蒸发。 干燥速率由上述两个过程中较慢的一个速率控制，从周围环境将热能传递到湿物料的方式有对流、传导或辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用，工业干燥器在型式和设计上的差别与采用的主要传热方法有关。在大多数情况下，热量先传到湿物料

5、的表面热按后传入物料内部，但是，介电、射频或微波干燥时供应的能量在物料内部产生热量后传至外表面。整个干燥过程中两个过程相继发生，并先后控制干燥速率。（二）干燥原理 外部条件控制的干燥过程（过程 ） 在干燥过程中基本的外部变量为温度、湿度、空气的流速和方向、物料的物理形态、搅动状况，以及在干燥操作时干燥器的持料方法。外部干燥条件在干燥的初始阶段，因为物料表面的水分以蒸汽形式通过物料表面的气膜向周围扩散，这种传质过程伴随传热进行，故强化传热便可加速干燥。但在某些情况下，应对干燥速率加以控制，采用相对湿度较高的空气，既保持较高的干燥速率又防止出现质量缺陷。 内部条件控制的干燥过程（过程 ） 在物料表

6、面没有充足的自由水分时，热量传至湿物料后，物料就开始升温并在其内部形成温度梯度，使热量从外部传入内部，而湿分从物料内部向表面迁移，这种过程的机理因物料结构特征而异。主要为扩散、毛细管流和由于干燥过程的收缩而产生的内部压力。在临界湿含量出现至物料干燥到很低的最终湿含量时，内部湿分迁移成为控制因素，了解湿分的这种内部迁移是很重要的。一些外部可变量，如空气用量，通常回提高表面蒸发速率，此时则降低了重要性。对内部条件控制的干燥过程，其强化手段是有限的，在允许的情况下，减小物料的尺寸，以降低湿分的扩散阻力很有效的。 物料的干燥特性 物料中的湿分可能是非结合水或结合水。有两种排除非结合水的方法：蒸发和汽化

7、。当物料表面水分的蒸汽压等于大气压时，发生蒸发。这种现象是在湿分的温度升高到沸点时发生的，物料中出现的即为此种现象。 如果被干燥的物料是热敏性的，那么出现蒸发的温度，即沸点，可由降低压力来降低（真空干燥）。如果压力降至三相点以下，则无液相存在，物料中的湿分被冻结。 在汽化时，干燥是由对流进行的，即热空气掠过物料。降热量传给物料而空气被物料冷却，湿分由物料传入空气，并被带走。在这种情况下，物料表面上的湿分蒸汽压低于大气压，且低于物料中的湿分对应温度的饱和蒸汽压。但大于空气中的蒸汽分压。三、干燥流程的确定与说明（一）干燥器的选择方法 干燥器选择的最好方法是利用过去的经验，选择干燥器的最初方式是以原

8、理的性质为基础的，在处理液态物料时所选择的设备通常限于喷雾干燥器、转鼓干燥器、搅拌间歇真空干燥器。最粘性不很大的液状物料、旋转闪蒸干燥器及惰性载体干燥也很使用。 对于膏状物和污泥的连续干燥，旋转闪蒸干燥器常是首选干燥设备。由于无聊为细颗粒分散状态，尘埃问题是一种主要的考虑。 然而据此要求在间歇和连续操作间作选择是困难的。通常采用间歇干燥器为常压或真空托盘干燥器、间歇常压或真空搅拌干燥器及常压或真空转筒干燥器。在溶剂回收、起火、有致毒危险或当需要限制温度时真空操作更可取。用于连续干燥的干燥器为：（a）喷雾 此时雾化是关键，为应考虑的问题；（b）流化床 但物料在深床层中分散均匀较困难；（c）连续带

9、式循环干燥器 适合于要求无尘的产品；（d）气流干燥 有时要求原料和干产品混合以促使物料分散在进入干燥器的气体中；（e）连续迥转圆筒 直接（加热）或间接（加热），在此设备中使湿物料与干无聊充分混合有利于操作。 同时，在干燥器的选择过程中还应该考虑能源价格、安全操作和环境因素等多方面对干燥器选择的影响。（二）几种常见干燥器 气体干燥器 干燥速度快，气固并流操作，干燥时间短；另外结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。但其主要缺点是： 由于物料停留时间很短，气流干燥器只适合干燥非结合水，不适合于结合水分的干燥； 由于颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。因此，气流干燥器不适

10、合于干燥晶形不允许破坏的物料； 气固两相分离的任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染； 气固两相接触时间短，两相间的传热不充分，气体放空时的温度较高，热效率较低；此外气体通过干燥系统的流动阻力较大，风机的动力消耗较高，因而气流干燥器的能量消耗较高。2转筒干燥器 机械化程度高，生产能力较大，干燥介质通过转筒的阻力较小，对物料的适应性较强，操作稳定，运行费用低。但是，转筒干燥器装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大，设备投资高，占地面积大。3喷雾干燥器 干燥速度快，干燥时间短，特别适合于热敏性物料的干燥。但是它的体积传热系数很低，水分汽化强度小，因而干燥器体积庞大

11、，热效率低，动力消耗较大。4厢式干燥器 可以用于各种物料的干燥，但其热效率较低，产品质量不均匀，主要使用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合5流化床干燥器 它最大的两个优点有两个：一是由于物料颗粒的剧烈运动和相互混合，床内各处温度均匀一致，从而避免了物料的局部过热；二是流化床的停留时间任意可调，特别适合于干燥结合水分，因此，工业上常将流化床干燥器与气流干燥器串联使用。 单层流化床的主要缺点是由于颗粒的完全混合，在连续操作时颗粒物料的停留时间分布不均匀，部分物料因在流化床中停留时间过短而位能得到充分干燥，另一部分在流化床中停留时间过长而过分干燥。这种干燥器不实用于易结晶或结块的物料。（三）干燥中

12、主要设备和机器的确定 根据我们此次设计的主要任务：将湿物料PVC的含湿量从0.1降至0.005。从这里可以看出PVC的初始湿含量较低，其中存在的水应该都是结合水，而流化床干燥器的最大优点就是干燥结合水，故我们选择流化床干燥器。此干燥器在干燥结合水的同时还为物料的优质干燥提供可能，但是，物料在干燥器中的停留时间不均匀，是单层流化床的主要缺点。 为解决停留时间分布不均匀的问题，可以采用多层流化床或者卧式多室流化床。前者存在的主要困难是如何定量地控制物料使其顺利的进入下一层，且不使气体沿溢流管短路跑掉；另外，其结构复杂，气体的流动阻力较大。而后者的气体压降比前者低，操作稳定性好，结构简单，造价较低，

13、可动部件少，维修费用低。故我们应该选择卧式多室流化床。流化床在空气流速为零时，物料因受重力和浮力作用而静止于分布板上。随着空气流速的提高，每个颗粒受到的空气推动力将不断增加，而当空气速度达到某一值时，重力、浮力和推动力将达到平衡，此时颗粒将离开分布板，悬浮于空气中。如果空气速度过大，则会呈聚式流动。（如图 所示） 干燥中除使用干燥器以外，我们还需要两台鼓风机将空气输入干燥器，并把干燥后的气体输出整个流程，而该空气中含有大量的杂质，我们需要过滤器将空气净化。再者，大气的温度较此次设计要求的温度低，故在空气进入干燥器之前需让它流过换热器，使它的温度升高到100。另外，出干燥器的空气会带走少部分PV

14、C，故应该在排空之前使用旋风分离器进行气固分离。（四）干燥流程的说明 如图 所示。首先，利用鼓风机的旋转，在其内部产生负压，空气在压差的推动下进入管路。进入管路后的空气经过滤器除去其中含有的颗粒物质，以免进入干燥器后对物料产生污染。然后，净化后的常温、压力为9.710kPa的空气进入换热器，与压力为400kPa的饱和水蒸气进行热量交换，空气被加热，而饱和水蒸气冷却而被液化。出口处的空气温度可达到100、9.710kPa。 换热器中出来的空气温度已达到生产所要求的温度，此时，热空气从干燥器下部进入塔内，经使空气流动均匀的分布板后与湿物料进行热量和 质量传递，使物料得以干燥。出干燥器的空气中含有少

15、量物料，为减少浪费和对大气的污染，我们让空气进入旋风分离器，完成气固分离。最后，我们再利用鼓风机将含有大量湿分的空气排往大气。四、流化床干燥器的工艺计算（一）干燥流程的确定根据干燥任务，采用如上图2所示的卧式多室流化床干燥装置。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形供料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于44.2离开干燥器。湿空气由送风机到翅片型空气加热器升温到108后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传热传质后温度降到72.5。废气经旋风分离器净化后由抽风机排至大气。空气加热器以392.9kPa的饱和水蒸汽作热载体。流程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在略负压下操作。（二）物料和热量衡算1、物料衡算 = (1-)=2000(1-0.005)=1900kg/h =0.052632 =0.005 W= ()=1900(0.052632-0.005)=